Турбина и компрессор — общее и разное

Турбина и компрессор имеет общее назначение — они предназначены для повышения мощности двигателя. Но принцип работы и особенности их использования отличаются. Ниже рассмотрим, в чем особенности каждого из агрегатов, для чего они предназначены, в чем плюсы и минусы. Отдельно поговорим об особенностях ремонта и выборе производителей современных авто.

Назначение турбины и компрессора

Двигатель с компрессором или турбиной выдает лучшую динамику, чем обычный атмосферный силовой агрегат. Благодаря действию этих узлов, увеличивается производительность и крутящий момент, что особенно заметно на больших оборотах.

Важно

Добиться этого удается путем подачи большего объема воздуха в камеру сгорания (для компрессора) или дополнительно увеличения давления внутри системы впуска (для турбины). Главное отличие устройств состоит в применении разных источников.

К примеру, компрессор — полностью независимое устройство, которое работает от вала двигателя. Это упрощает его обслуживание и ремонт. Турбина же использует энергию выхлопных газов и привязана к силовому агрегату. Она выдает более высокие обороты, но и нагревается активнее. 

Принцип работы и устройство турбины

Турбина двигателя представляет собой сложный узел, работающий без остановки и использующий энергию выхлопных газов. Его целью является повышение давления в коллекторе пуска для обеспечения большего поступления воздуха и, соответственно, кислорода в камеру сгорания.
Конструктивно турбина состоит из пары «улиток»:

1. Компрессора. Используется для всасывания воздушного потока и его передачи в коллектор впуска.
2. Горячей части. Сюда проходят выхлопные газы, которые вращают колесо системы и выходят в направлении системы выхлопа.

Также в состав турбины входит две крыльчатки (компрессора и горячей части), картридж шарикоподшипникового типа и кожух, объединяющий в себе все элементы и контур охлаждения.

Во время работы турбина принимает большую нагрузку и нагревается. В горячую часть устройства поступает выхлоп с высокой температурой. Во избежание преждевременного разрушения устройства корпус турбины изготавливается с применением чугуна с добавлением специальных элементов.

Турбинный вал может раскручиваться до 200 000 об/мин, поэтому при изготовлении узла предъявляются высокие требования к точности подгонки и качеству смазки. Особое внимание уделяется система охлаждения, которая бывает двух видов:

• Охлаждение маслом. Отличается упрощенной конструкцией и меньшей стоимостью узла. Из минусов — более низкая эффективность, высокие требования к маслу и контролю температуры смазки. При нагреве некачественное масло разрушается, из-за чего элементы узла забиваются, и может потребоваться замена турбины. 
• Охлаждение маслом и антифризом. При комплексном подходе обеспечивается большая эффективность охлаждения. Сама конструкция более сложная, что влияет на стоимость. 

В некоторых случаях может использоваться две турбины. Такая система называется twin-turbo. Цель системы состоит в дополнительном увеличении объема и давления при подаче воздуха, что необходимо в спортивных соревнованиях. Еще один вариант —biturbo, когда последовательно монтируется две разные турбины для повышения эффективности работы.
В большинстве случаев принцип действия турбины имеет следующий вид:

• Выхлопные газы от коллектора впуска идут к патрубку турбинной части и попадают на крыльчатку.
• Под действием газов крыльчатка вращается и заставляет двигаться компрессор, увеличивающий давление в цилиндре.

Мощность двигателя увеличивается на 25-40 процентов.

Для повышения эффективности турбонаддува может использоваться интеркулер. В его функции входит охлаждение воздуха перед отправкой в коллектор впуска и камеру сгорания. Это обеспечивает подачу большего объема кислорода, ведь в холодном состоянии он занимает меньше места. 
Главное отличие турбины бензинового и дизельного двигателя состоит в температуре работы.

Если в дизеле выхлопные газы нагреваются на уровне 800-850 градусов Цельсия, в бензиновых моторах этот параметр почти всегда выше 1000 градусов Цельсия. Следовательно, требования к материалам изготовления также будут различаться. Имеются и конструктивные отличия, поэтому не бензиновые и дизельные моторы ставятся разные виды турбин. Они не взаимозаменяемы.

Достоинства и недостатки турбины

После анализа принципа действия бензиновой и дизельной турбины, стоит подвести итог в вопросе слабых и сильных мест этого устройства.

Преимущества:

• Высокая эффективность. Увеличение мощности может достигать 45-50%.
• Раскрутка до 200 000 оборотов, что в 16 крат больше того, что может компрессор.
• Сохранение лошадиных сил автомобиля.
• Улучшенные тяговые усилия на низких оборотах.
• Компактные размеры.
• Экологичность работы.

Недостатки:

• Применение моторного масла для смазки. Это значит, что частота его замены увеличивается где-то на треть.
• Небольшой срок службы. В среднем турбина двигателя служит не больше 150 000 км.
• Высокая стоимость обслуживания. Ремонт турбины почти всегда обходится в крупную сумму.
• Особенности эксплуатации. Турбина требует выделения некоторого времени для остывания.
• Увеличение расхода масла. В среднем на 10 000 км расходуется один литр масла.
• Сложность настройки и установки. Для выполнения работ всегда необходимо привлекать специалиста. 
• Привязка к двигателю. Если мотор выдает небольшое количество оборотов, турбина бесполезна. Только при активной раскрутке коленвала повышается эффективность устройства.

Ремонт турбины двигателя может потребоваться при загрязнении смазки двигателя из-за несвоевременной эксплуатации, недостаточном количестве масла или износом под действием посторонних элементов. Кроме того, устройство быстрей выходит из строя при эксплуатации в экстремальных условиях и использовании герметика вместо резинки для улучшения качества соединения.

Распознать поломку турбины можно по следующим признакам:

• нехарактерные звуки;
• серый, белый или черный дым из выхлопной трубы;
• ухудшение динамики разгона;
• уменьшение тяги мотора.

Ремонт турбины важно проводить только у профессионалов. Это обусловлено следующими особенностями:

• Любая неправильная натяжка болтовых соединений ведет к неправильной работе или повреждению.
• В конструкции есть множество мелких деталей, которые нужно смазывать и чистить.
• Обязательна балансировка всех крутящихся узлов. Для этого применяется специальная и дорогостоящая аппаратура.
• Люфт ротора должен строго соответствовать заводским требованиям.

Для продления срока службы турбины важно регулярно проводить ТО двигателя, своевременно менять масло, защищать систему от попадания посторонних элементов. Кроме того, важно использовать только качественные комплектующие и давать двигателю нагреться перед началом движения. 

Устройство и принцип работы компрессора

Автомобильный компрессор представляет собой механический нагнетатель, необходимый для подачи в камеру сгорания воздуха в большем объеме и с увеличенным давлением. Это отдельный узел, работающий от коленчатого вала и получающий крутящий момент через ремень или цепь. 
Компрессоры бывают трех типов:

1. Роторные. Внутри расположены кулачковые валы, которые и обеспечивают дополнительную подачу воздуха. Это наиболее старая конструкция, которая была создана еще в 1860-м, а в 1900-м впервые установлена на машину. Такой вид компрессора редко применяется из-за больших размеров и веса. Кроме того, поток воздуха имеет прерывистый характер, что приводит к колебаниям (провалам) мощности.
2. Двухвинтовые. Конструктивно состоят из двух лопастных роторов, отличающихся большей эффективностью. Они работают на таком же принципе, как и роторные, но сжатие воздуха происходит внутри устройства. Как результат, при работе не возникает провалов мощности.
3. Центробежные. Внутри находится крыльчатка. Такие турбины отличаются наибольшей эффективностью и позволяют добиться большей мощности. Крыльчатка внутри раскручивается до 60 000 оборотов в минуту, что обеспечивает высокую центробежную силу. Такие устройства компактны, что позволяет устанавливать их на авто с малолитражными моторами.

Принцип работы построен на захвате воздуха компрессором, его сжатии в ограниченном пространстве и сбросе в коллектор впуска.

Достоинства и недостатки компрессора, ремонт

Многие производители принимают решение поставить компрессор двигателя вместо турбины. Это обусловлено следующими преимуществами:

• Больший срок службы и повышенная прочность.
• Увеличение производительности на 10-15%.
• Неприхотливость в обслуживании.
• Способность работать продолжительное время без риска поломки.
• Независимость от двигателя. Это отдельное устройство, которое раскручивается от коленчатого вала, а не отработавших газов.
• Отсутствие скачков мощности.
• Не требовательность к оборотам мотора.
• Легкость установки своими руками.
• Отсутствие проблем с «поеданием» моторного масла.
• Более низкая цена.
• Приведение в действие сразу после запуска двигателя.
• Фиксированная мощность.

Недостатки:

• Дает меньшую эффективность, чем турбина.
• Ограничение оборотов — до 10 000-12 000.
• Потребление до 20% от мощности мотора.
• Некоторые варианты компрессоров уже не производятся.
• Расходование большего количества горючего.

Необходимость ремонта компрессора возникает в более редких случаях, ведь они отличаются более простой конструкцией и реже ломаются. Проблему можно распознать по снижению мощности мотора, ухудшению динамики и появлению постороннего шума. Как результат, может потребоваться замена узла или натяжение ремня коленвала, который приводит во вращение компрессор.

В наиболее сложных случаях необходима установка нового устройства.Осмотр механического нагнетателя рекомендуется проводить раз в 10 000 км. Для выполнения работы нужны специальные знания и опыт, а весь процесс занимает не более нескольких минут.

Турбина или компрессор, тенденции автопрома

Несмотря на ряд недостатков, популярность у производителей получила именно турбина. Ее установка не влияет на потерю лошадиных сил, она монтируется напрямую в двигатель и позволяет разогнать автомобиль до большей скорости. Прибавка в мощности силового агрегата также более внушительна. Конечно, установка турбины влияет на стоимость автомобиля и требует более ответственного подхода в обслуживании, но покупатели готовы платить за дополнительную мощность.

Вариант с компрессором часто применяется в спорте, где главный упор делается на надежность, простоту эксплуатации и ресурс. В отличие от турбины здесь нет зависимости от оборотов, а устройство сразу повышает мощность при нажатии на педаль газа. Здесь нет запаздывания, как в случае с турбиной, что очень важно при соревнованиях на небольшие дистанции. Но прибавка мощности менее значительная, что часто вынуждает отдать предпочтение в пользу турбины.

Многие производители не стали выбирать и используют сразу два устройства. Такой вариант несложно распознать по обозначению TSI на двигателе. Это означает, что здесь применяется комплексный турбонаддув двигателя — с помощью турбинного и механического нагнетателей.

Итоги

С учетом сказанного ясно, что задачи турбины и компрессора идентичны— увеличение мощности и динамики двигателя. Но они имеют разную конструкцию, индивидуальный принцип действия, а также свои плюсы и минусы. Турбокомпрессор позволяет добиться большей мощности, но он дорогой и требует профессионализма при эксплуатации.

Механический нагнетатель, наоборот, отличается более простой конструкцией и возможностью самостоятельного обслуживания, но дает меньшую прибавку. Не удивительно, что многие производители не стали выбирать, а задействовали сразу две системы одновременно.